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華為深入解析激光雷達(dá)技術(shù)及其安全性

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月29日 01:41

激光雷達(dá)（LiDAR）作為智能駕駛系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器，其三維環(huán)境重建功能為車輛提供了詳盡且精準(zhǔn)的環(huán)境信息。其主動(dòng)發(fā)光特性，使得在黑夜或光照條件不佳的情況下仍能正常工作，從而有效彌補(bǔ)了攝像頭和毫米波雷達(dá)的不足，進(jìn)一步增強(qiáng)了智能駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性。隨著高階智能駕駛的普及，激光雷達(dá)已逐漸成為不可或缺的硬件配置。

然而，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，關(guān)于其安全性的擔(dān)憂也逐漸浮現(xiàn)。人們不免會問，激光雷達(dá)發(fā)出的激光線束是否會對我們的眼睛造成傷害？事實(shí)上，車載激光雷達(dá)屬于Class 1激光產(chǎn)品，其功率和輻射強(qiáng)度均遠(yuǎn)低于對眼睛造成傷害的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在正常使用情況下，車載激光雷達(dá)不會對駕駛員或乘客的眼睛構(gòu)成任何威脅。同時(shí)，市面上能夠量產(chǎn)的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品都必須滿足Class 1級別的標(biāo)準(zhǔn)，這也是其合格上市的必備條件。

3. 技術(shù)原理視角下的激光雷達(dá)安全性

接下來，讓我們從技術(shù)原理的角度深入探討激光雷達(dá)的安全性。關(guān)鍵在于理解激光發(fā)出的能量密度如何影響人眼的健康。能量密度涉及到“單脈沖瞬時(shí)照射能量”和“長時(shí)間持續(xù)照射后的單位面積平均累積能量”。對于單脈沖瞬時(shí)能量，我們可以通過嚴(yán)格控制激光雷達(dá)的發(fā)射功率來確保其始終處于安全閾值之內(nèi)。此外，當(dāng)前市場上主流的車載激光雷達(dá)采用掃描式設(shè)計(jì)，如線掃雷達(dá)。它每次僅發(fā)射一條激光線束，覆蓋特定位置，然后通過轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)，將激光束從左至右掃描，從而覆蓋一個(gè)120°的廣闊視野。這種設(shè)計(jì)意味著激光雷達(dá)并不會持續(xù)“聚焦”于一點(diǎn)照射，因此單位面積內(nèi)的累積能量也始終保持在安全閾值以內(nèi)。

非掃描式激光雷達(dá)與掃描式激光雷達(dá)的對比

再讓我們深入探討一下人眼的生理構(gòu)造。人眼由角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜等多個(gè)部分組成，而激光束在進(jìn)入人眼后，其不同波長的表現(xiàn)會有所差異。目前市場上主流的車載激光雷達(dá)主要工作在905nm波長的近紅外光區(qū)域，同時(shí)也有少數(shù)激光雷達(dá)采用1550nm的遠(yuǎn)紅外光。對于905nm的激光束，當(dāng)它進(jìn)入人眼后，角膜和晶狀體會吸收大部分能量，而小部分能量會穿透至視網(wǎng)膜。然而，對于1550nm的激光束，由于其波長較長，能量大部分被角膜和晶狀體吸收，很少能穿透至視網(wǎng)膜。因此，有人認(rèn)為1550nm的激光雷達(dá)相較于905nm的激光雷達(dá)更加安全。
但實(shí)際上，基于上述討論，我們可以得出結(jié)論：只要激光雷達(dá)的能量控制在人眼可接受的閾值以內(nèi)，其安全性是有保障的。關(guān)于1550nm激光雷達(dá)相較于905nm激光雷達(dá)是否更安全的問題，其實(shí)并不存在絕對的說法。誠然，1550nm的激光束在人眼安全的功率上限上表現(xiàn)更優(yōu)，但如果其能量超出法規(guī)規(guī)定的范圍，同樣會對人眼的角膜和晶狀體造成損傷。反之，905nm激光雷達(dá)在能量控制得當(dāng)?shù)那闆r下，也不會傷害視網(wǎng)膜。

此外，我們還可以通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)一步驗(yàn)證這一點(diǎn)。在模擬人眼瞳孔的實(shí)驗(yàn)條件下，接收孔徑模擬了瞳孔在不同場景下的變化。當(dāng)瞳孔直徑在2.54mm范圍內(nèi)時(shí)，遇到強(qiáng)光會收縮，而在暗室環(huán)境中則會放大到57mm。為了最嚴(yán)苛的測試條件，我們采用了7mm孔徑來模擬瞳孔張開的極限場景。同時(shí)，在100mm至1m的測試距離范圍內(nèi)進(jìn)行了全量測試，確保了隨著距離的增加，激光束能量會迅速衰減。特別需要注意的是，100mm是人眼能聚焦的最短距離，超過這個(gè)距離激光束就無法在視網(wǎng)膜上成像。
在經(jīng)過一系列嚴(yán)苛的測試場景評估后，我們發(fā)現(xiàn)激光束進(jìn)入人眼的效率僅為1%左右，而且其能量在經(jīng)過眼球中的水大量吸收后，到達(dá)視網(wǎng)膜的能量通常只占人眼損傷閾值的20%左右。值得一提的是，IEC60825-1標(biāo)準(zhǔn)同樣關(guān)注皮膚安全，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測算，當(dāng)前激光雷達(dá)的能量遠(yuǎn)低于安全閾值。因此，通過人眼安全Class 1嚴(yán)格認(rèn)證的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，無論是對人眼還是皮膚都是安全的。

接下來，我們進(jìn)一步探討多激光雷達(dá)環(huán)境下的安全性問題

隨著智能駕駛技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的車輛開始配備激光雷達(dá)以增強(qiáng)感知能力。然而，一些人開始擔(dān)憂，在滿大街都是裝載激光雷達(dá)的車輛后，是否會對人眼安全構(gòu)成新的威脅？
在探討多激光雷達(dá)環(huán)境下的人眼安全性時(shí)，我們主要從三個(gè)維度進(jìn)行分析：交疊區(qū)距離、匯聚概率以及匯聚時(shí)長。首先，我們考慮交疊區(qū)距離。根據(jù)幾何原理，多臺激光雷達(dá)要形成交疊區(qū)，且隨著激光雷達(dá)數(shù)量的增加，交疊區(qū)會逐漸遠(yuǎn)離雷達(dá)。在特定場景下，例如四臺激光雷達(dá)并排的情況，其光束交疊區(qū)最近距離行人為6米，但經(jīng)過測算，當(dāng)距離超過6米后，到達(dá)視網(wǎng)膜的能量會迅速降低至人眼損傷閾值的1%以內(nèi)。因此，在路口二排或三排的車對行人造成的影響幾乎可以忽略不計(jì)，從空間角度上大幅減少了多激光雷達(dá)的能量累積。
2. 匯聚概率：
由于激光雷達(dá)采用掃描方式工作，要實(shí)現(xiàn)多臺激光雷達(dá)同時(shí)聚焦于人眼瞳孔（直徑約7mm）上，其概率極低。經(jīng)過精確計(jì)算，這種概率達(dá)到了億分之一的量級，幾乎可以忽略。
3. 匯聚時(shí)長：
假設(shè)在某一時(shí)刻T1，四臺激光雷達(dá)的光束非常罕見地匯聚在了一點(diǎn)上，但在T2時(shí)刻，隨著激光雷達(dá)的輕微角度轉(zhuǎn)動(dòng)，其光束將無法再準(zhǔn)確聚焦于瞳孔上。這種時(shí)間上的短暫性，進(jìn)一步從時(shí)間維度上減少了能量累積的可能性。
綜上所述，無論是單臺激光雷達(dá)還是多臺激光雷達(dá)，在正常使用情況下，其發(fā)射的激光束都不會對人眼構(gòu)成實(shí)質(zhì)性威脅。這得益于國際標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60825-1的制定與執(zhí)行，以及激光雷達(dá)制造商對產(chǎn)品安全的嚴(yán)格把控。激光雷達(dá)作為智能駕駛的關(guān)鍵技術(shù)，正日益展現(xiàn)出其重要性。裝備了激光雷達(dá)的高階智能駕駛系統(tǒng)，其提供的主動(dòng)安全AEB制動(dòng)能力，能有效降低突發(fā)碰撞風(fēng)險(xiǎn)，為避免交通事故做出了顯著貢獻(xiàn)。